纳米尺度下单晶钽变形机制的研究

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1、中文图书分类号：TB31密级：公开UDC：620学校代码：10005硕士学位论文MASTERALDISSERTATION论文题目：纳米尺度下单晶钽变形机制的研究论文作者：马莹学科：材料科学与工程指导教师：韩晓东教授王立华副研究员论文提交日期:2017年6月13日UDC：620学校代码：10005中文图书分类号：TB31学号：S201426012密级：公开北京工业大学工学硕士学位论文题目：纳米尺度下单晶钽变形机制的研究英文题目：DEFORMATIONMECHANISMOFNANOCALESINGLECRYSTALTANTALUM论文作者：马莹学科专业：材料科学与工程研究方向

2、：纳米力学申请学位：工学硕士指导教师：韩晓东教授王立华副研究员所在单位：固体微结构与性能研究所答辩日期：2017年5月23日授予学位单位：北京工业大学独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：马莹日期：2017年5月23日关于论文使用授权的说明本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的

3、规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。（保密的论文在解密后应遵守此规定）签名：马莹日期：2017年5月23日导师签名：韩晓东日期：2017年5月23日摘要摘要纳米材料的塑性是其重要的力学性能之一，尤其对于具有高硬度、高强度的体心立方金属，良好的塑性是防止材料脆性断裂、保证材料安全服役的重要前提。尽管对于块体的体心立方材料已有了大量关于塑性变形的研究结果，但目前对于小尺寸的体心立方金属材料塑性变形的实验证据还十分有限，它们大都集中在W、Mo、Nb等材料，而对于广泛应用于航空发

4、动机和电容器的材料---钽(Ta)，其相关研究还十分缺乏，其具体的塑性变形方式及塑性变形机理仍然是一个亟待解决的问题。本文利用自主研发的原位加热双金属片技术，实现了透射电子显微镜下对单晶钽纳米薄片的拉伸实验，拉伸试样的尺寸为厚约为100nm。在接近室温(低于60℃)的实验条件下发现：(1)纳米尺度单晶钽具有超大的均匀塑性变形能力，Ta纳米薄片的延伸率最高可达到63%，这是块体钽均匀变形量的两倍以上；(2)通过对塑性变形中位错运动的观察，揭示了在室温下单晶钽具有大延伸率的原因。即BCCTa纳米薄片的超大延展能力是由持续不断地、均匀的位错形核以及位错湮灭过程导致的，并伴随有位

5、错线密度骤减的现象；(3)原位拉伸实验可以观察到拉伸试样内部以及裂纹的形核过程中，大量呈弯曲或钩状的位错不断形核，并朝着位错弯曲的部分滑移。裂纹尖端的钩状位错在拉伸应力作用下，会发生位错的长直部分不断延长并堆积的现象。原子尺度高分辨图像显示出，在试样的内部1及裂纹尖端都有伯氏矢量为?=<111>的混合型位错。因此，本研究证明混2合位错对纳米尺度BCC单晶钽的塑性变形有一定贡献。同时，首次给出了纳米尺度单晶钽中位错堆积的实验证据。关键词：原位TEM；BCC钽；塑性变形；混合型位错IAbstractTheplasticityofnanomaterialisoneoftheim

6、portantmechanicalproperties,especiallytothebodycenteredcubic(BCC),whichhashighhardnessandhighstrength.Theexcellentplasticityisthepreconditionforpreventingbrittlefractureandsafeapplication.AlthoughthereareplentyofstudiesfocusingontheplasticdeformationofBCCbulkmaterials,fewresultshavebeenre

7、portedonsmall-sizedBCCmaterials.Atpresent,BCCmaterialssuchasW,Mo,Nbetc.havebeenintensivelyinvestigated.However,notsomuchworkhasbeenconcentratedonBCCTa,whichiswidelyusedinaerospaceenginesandcapacitors.Correspondingly,theplasticdeformationofsmallsizedTaisstillanunsett